离心式矿用通风机在线监控系统的设计及应用.pdf

总第208期 202 0年第8期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 208 No.8 , 2020 自动化技术与设计 自动化技术与设计 D0110.16525/0110.16525/j. .cnki. .cnl4-1134/4-1134/th.2020.08.098.2020.08.098 离心式矿用通风机在线监控系统的设计及应用 韩 健 同煤集团永定庄煤业公司， 山 西 大 同037024 摘 要 针 对 离 心 式 矿 用 通 风 机 在 线 监 控 系 统 功 能 简 单 、 实 用 性 差 、 数 据 传 输 慢 、 损 耗 量 较 大 以 及 对 通 风 机 故 障 信 号 判 定 精 确 度 较 低 等 监 控 系 统 问 题 ，通 过 对 目 前 离 心 式 矿 井 通 风 机 常 用 的 在 线 监 控 系 统 进 行 优 化 升 级 ， 将 新 型 监 控 系 统 应 用 于 实 际 矿 井 中 ， 实 际 应 用 表 明 能 够 提 高 对 离 心 式 通 风 机 的 监 控 性 能 。 关键词 煤 矿 离 心 式 通 风 机 监 控 系 统 中图分类号TD441 文献标识码A 文章编号 1003-773X12020 08-0229-02 引言 矿井通风是确保在高瓦斯状态下安全生产开采 的关键保障[ 1 ] ,矿井通风机的通风形式由原来的负 压式发展为现在的正压式，并在矿井内采用两翼对 角同时进行的抽出式通风。随着煤矿现代化技术的 发展,离心式通风机的技术也在不断提升[ 2 ] 。 大多数 煤矿企业使用的是离心式通风机在线监控系统， 该 系统存在信息数据存储量小、 功能模块较少、 信号传 输损耗率大等缺点，在实际应用中无法为煤矿安全 生产监管人员提供有效的帮助[ 3 ] 。因此， 为提高离心 式通风机的主动与被动安全，有必要对其在线监控 系统进行优化设计改造[ 4 ] 。 1离心式矿用通风机的工作特点 矿井所采用的通风机可按多种形式进行划分， 如果按照功能进行划分， 可以分为主通风机、 局部通 风机、 辅助通风机。 这三种类型里面可以对矿井通风 效果起主导作用的是主通风机。目前依据通风方式 对通风机进行分类，也是煤矿企业选择通风机类型 的依据， 可以分为轴流式通风机和离心式通风机， 离 心式通风机相比于轴流式通风机在各个方面的性能 参数上都更具有优势[ 5 ] 。 离心式通风机可以改变空气介质的流向，输出 的风压较高,但是流量相对于轴流式通风机较低。 它 的整体结构设计紧凑， 主要由工作轮、 主轴、 电动驱 动机等结构组成， 震动较小， 噪声低， 在输送空气时 能够平稳运行，尤其适用于矿井对于通风量要求较 低的工作面巷道。 离心式通风机在风量出口对叶片的安装角度也 会根据工况的不同选取不同的安装方式，主要分为 前倾式、 径向式、 后倾式。目前大多数煤矿安装方式 采用后倾式， 因为该类型始终保持风压稳定， 送风效 收稿日期 2020-04-16 作者简介 韩 健 （ 1987 ） ， 女 ， 本 科 ， 毕 业 于 辽 宁 工 程 技 术 大 学， 助 理 工 程 师 ， 从 事 通 风 监 控 、 通风安全方面的工作。 率较高。 2在线监控系统方案 2 . 1 设计要求 1 整体监控系统性能优越， 并且操作简单， 能够 快速上手； 2 系统硬件和软件都应具备安全性、 可靠性、 稳 定性， 对传感器、PLC等性能设备应该具备防爆防护 措施[ 6 ] ; 3 系统拓展性能要能够满足后期对于各项功能 板块的添加，并且使用能够兼容各种协议的通讯 接口。 2 . 2 方案确定 将离心式通风机的在线监控系统作为一个独立 核心的工业设备进行管理，使 用PLC作为核心处理 器并辅助性配置传感器、 监视器组成整体框架。 采用 以太网络进行数据传播通讯，使 用DIP8011功能软 件可以实现监控数据的及时存储、 调取、 信息查询、 历史数据分析等有用功能，软件功能框架示意图如 图 1所示。 3在线监控系统结构设计 离心式通风机在线监控系统覆盖功能应该齐全 完备， 在运行过程中的数据可实现采样、 决策、 处置、 反馈， 例如包括风机工况、 电机工况、 故障报警， 异常 噪声等信息数据收集和异常报警，设计出在线监控 图 1 DIP8011软件功能结构框架示意图 230. 机械管理幵发 jxglkfbjb 第3 5卷 系统架构原理示意图， 如 图 2 所示。 图 2在线监控系统结构框架示意图 在线监控系统的设计可以实现电器参数、气体 流量、 风机振动、 电机温度、 信号采集、 历史参数曲 线 、 声光报警、 权限管理等多种模块功能， 可以满足 离心式通风机在实际工况应用的要求。 4系统硬件选型及软件设计 4 . 1 硬件选择 通过对比分析各类温度传感器在实际工况应 用中的适应性，选取了 Pt200型的热灵敏电阻传感 器 ， 主要型号为WZP-200,该型号温度传感器采用 对称内置式用防爆接线盒进行连接， 每个电动机设 置 2 台。 根据 煤矿安全规程 的相关规定， 对风压传感 器进行选择， 要求风压传感器具有测量范围广、 灵敏 度高的特性， 采用型号为SMP2099,共设置4 个安装 在信号采集通讯柜里面。 选 用KG9001型湿度传感器能够在误差测试范 围 3 以内进行工作， 最大测量温度为50T ,通 过 3 位半数晶体管进行交替显示。该型号传感器还可以 加装温度传感模块，实现温度湿度组合的传感器方 式 ， 使监测系统内部模块集成程度得到提升。 4 . 2 软件设计 将整体软件设计系统分为三个信息层，主要包 括逻辑层、 服务层和浏览器三大部分。 整体采用模块 功能化设计理念对通讯、数据、报警进行了新的定 义,采用局域网和以太网相结合的模式， 通过后台数 据管理可实现安全用户权限的设置。将数据库和网 络的服务作为整个监测系统软件是否流畅运行的核 心保障， 使系统能够显示图表， 采 用CAN总线使每 一个用户生成的操作痕迹和监测历史数据进行有效 的连接， 并且能实现在线云端操作， 达到在线监控系 统使用的目的， 如图3 所示。 矿井通风机监测监控系统 _ _fT T _ 数据库服务器c o数 据 库 网 络 服 务 器 言 索 数 据 数系 传 感 器 模 处 理 浏 览 v L 设 置 模 i 块 模 块 模 块 图 3在线监控系统软件设计架构示意图 S应用效果分析 将该通风机在线监测系统在某煤矿进行了现场 应用测试。 在现场测试过程中， 主要对监控系统的电 参数显示功能、 报警功能、 温度湿度显示功能、 通风 机振动参数显示功能及历史查询功能进行了测试, 测试结果表明，该监测系统可准确地对通风机各类 信号参数进行采集显示， 当通风机压力超过阀值时， 可及时对该信息进行报警，并对各类故障信号进行 汇总、 分析处理。 同时， 在整个测试过程中， 操作人员较少。经现 场技术人员评价， 该监控系统各项性能稳定、 功能齐 全,与其他监控系统相比， 具有更高的智能化监控效 果， 可实时对风量、 风压、 风速、 振动、 温度等参数进 行监控， 直观地体现了主通风机的运行工况,同时也 为风机机械部件的定期加油润滑、紧固等检修作业 提供了数据依据，可以更好地为预防性和计划性检 修工作服务， 对企业监控通风机运行状态、 提高通风 系统运行稳定性具有重要作用。 参考文献 [ 1 ] 吴少鑫. 变频调速在水泵节能系统中的应用[J].电机控制与应 用,2006759-61 [ 2 ] 陈志根.变频驱动控制及其对电机作用的研究[D].北京华北电 力大学北京） ,2005. [ 3 ] 吴勇华. 通风机故障监测和诊断研究[J].陕西煤炭,20033 66-67. [ 4 ] 李文碧.矿用主通风机变频调速控制及在线监控系统的应用 [J]. 河北煤炭,2008 6 25-26. [ 5 ] 孟秋强.基于PLC和组态软件的煤矿风机监测系统的设计[J]. 中国科技信息,20141884. [ 6 ] 李静渊.罐区低压电动机短路电流计算和继电保护整定[J].工 程建筑,2015,36 1 40-43. 编辑趁猜 下转第242页） 242. 机械管理开发 jxglkfbjb 第3 5卷 DS18B20测温传感器。 该型号传感器在正常工作时， 首先需要进行初始化处理，初始化主要是对传感器 进行自检， 如果一切正常就开始对温度进行检测， 检 测得到的模拟量信号会自动转变成为数字量信号然 后传输至车载信号发射系统。 4结语 无轨胶轮车以其显著的优势在煤矿运输领域的 应用越来越广泛，但其运行过程中的安全问题同样 越来越受到煤矿企业的关注。应用定位和温度检测 系统能够实时检测车辆的位置信息以及车辆发动机 机体、 排气筒表面、 冷却水以及机油等关键部位的温 度信息， 从而保障车辆运行的可靠性和安全性。 参考文献 [ 1 ] 刘世森,郭海军， 杨澎， 等.煤矿无轨胶轮车精确定位和调度系 统设计[J].中国科技投资， 20187 165-166. [ 2 ] 郭海军， 续芳.煤矿无轨胶轮车监控调度系统设计[J]. 工矿自动 -fc,2013,394 9-12, [ 3 ] 卢志刚. 马兰矿矿用无轨胶轮车定位及温度检测设计研究[J]. 煤炭与化工,2019,42 2 90-92. [ 4 ] 程刘胜.矿用防爆无轨胶轮车温度监测电路设计[J].工矿自动 化,2016,42267-71. 编辑 贾销） Study on Location and Temperature Detection Design of Mine Trackless Rubber Wheels Zhang Wenbin Jinneng Group Datong Co” Ltd.， Datong Shanxi 037000 Abstract In order to ensure the operation safety of trackless rubber wheel car, combined with the actual situation of coal mine, the positioning and temperature detection system of trackless rubber wheel car is designed and studied.The system can detect the position ination, driving direction and temperature ination of engine body, exhaust tube surface, cooling water and oil in real time. It can play an important role in ensuring vehicle safety. Key words trackless rubber wheel; vehicle location; temperature detection; wireless communication 上接第212页） Design and Application of Wireless Monitoring System for Underground Drainage Based on PLC Huang Qianshu Yukou Mine of Datong Coal Mine Group, Datong Shanxi 037041 Abstract Siemens PLC is used as the core equipment to design the underground drainage system. Its design principle is combined with the corresponding hardware and software system to complete the automatic monitoring of the system, and combined with the ZigBee wireless communication technology to realize the wireless transmission communication of the system, thus realizing the wireless monitoring of the underground drainage system. The application of underground drainage wireless monitoring system can improve the safety of coal mine, make coal mine mining more efficient, and better meet the increase of coal demand. Key words drainage system; wireless monitoring; PLC; wireless communication 上接第230页） Design and Application of On-line Monitoring System for Centrifugal Mine Ventilator Han Jian Yongdingzhuang Coal Industry Company, Datong Shanxi 037024 Abstract In view of the problems of the monitoring system of this model, such as simple function, poor practicability, low data transmission, large loss, and low accuracy of the fan fault signal judgment, the current online monitoring system commonly used in centrifugal mine ventilator is optimized Upgraded, the new monitoring system was applied to the actual mine, and the results showed that the monitoring perance of the centrifugal fan can be improved. Key words coal mine; centrifugal; ventilator; monitoring system